CN104701927B - 二次保护ic、二次保护ic的控制方法、保护模块及电池组 - Google Patents

二次保护ic、二次保护ic的控制方法、保护模块及电池组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种二次保护IC、二次保护IC的控制方法、保护模块及电池组。该二次保护IC降低消耗电力。本实施方式的二次保护IC(120)采用如下方式来解决上述课题：二次保护IC(120)与充电电池(110)并联连接，是与一次保护IC(130)分开地控制充电电池(110)的充电放电的二次保护IC(120)，具有：检测充电电池(110)的过度充电或过度放电的检测电路(121)、使充电电池(110)的电压稳定化而输出到外部的稳压器(122)、以及利用控制信号控制稳压器(122)的控制端子，检测电路(121)根据充电电池(110)的电压以及控制信号进行通常动作或停止动作，稳压器(122)根据充电电池(110)的电压以及控制信号进行通常动作或停止动作。

Description

二次保护IC、二次保护IC的控制方法、保护模块及电池组
技术领域
本发明涉及二次保护IC、二次保护IC的控制方法、保护模块及电池组。
背景技术
为了防止搭载于数码摄像机、便携设备等的充电电池的过度充电、过度放电，已知有通过保护电路来控制充电电池的充电放电的技术。
已知公开了如下电池组：具有检测充电电池的充电放电状态的充电电池监视电路、和通过晶体管的导通/截止控制来保护充电电池的保护电路，并且能够检测出两电路的动作状态(例如参照专利文献1)。
图5表示以往的电池组。在二次保护IC的外部设置微控制器、复位电路、稳压器等，分开地控制各电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－187532号公报
然而，在图5所示的现有的电池组中，由于在二次保护IC的外部设置有多个电路，因此存在消耗电力与IC(Integrated Circuit)的个数成比例地增大这一的问题。
更进一步，还存在如下问题：IC的个数越增加，各电路的控制越复杂化、电路整体的面积越增大。
在专利文献1中，对于如下技术并没有公开：从外部控制稳压器的关机的有无、在关机后使检测电路恢复动作。
发明内容
本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于提供一种能够降低消耗电力的二次保护IC。
本实施方式的二次保护IC(120)是与充电电池(110)并联连接，与一次保护IC(130)分开地控制充电电池(110)的充电放电的二次保护IC(120)，其必要条件是具有：检测充电电池(110)的过度充电或过度放电的检测电路(121)、使充电电池(110)的电压稳定化而输出到外部的稳压器(122)、以及利用控制信号来控制稳压器(122)的控制端子，检测电路(121)根据充电电池(110)的电压以及该控制信号进行通常动作或停止动作，稳压器(122)不依赖于充电电池(110)的电压而根据该控制信号进行通常动作。
另外，上述括号内的参照符号是为了容易理解而标注的，只是一个示例，并非限定图示的方式。
发明效果
根据本发明的实施方式，能够提供降低消耗电力的二次保护IC。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的电池组的结构的一例的图。
图2是表示本实施方式涉及的二次保护IC的结构的一例的图。
图3是本实施方式涉及的二次保护IC的时序图的一例。
图4是本实施方式涉及的二次保护IC的流程图的一例。
图5是表示现有电池组结构的一例的图。
符号说明
100 电池组
110 充电电池
120 二次保护IC
121 检测电路
122 稳压器
130 一次保护IC
140 熔断器电路
150 开关电路
151、152 开关元件
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施发明的方式进行说明。在各附图中，有时对同一结构部分标注同一符号、省略重复的说明。
<电池组的结构>
图1表示本实施方式涉及的电池组的概略结构的一例。
电池组100包括：充电电池110、二次保护IC120、一次保护IC130、熔断器电路140、开关电路150、控制端子EN、输出端子REG、正极端子Eb1、负极端子Eb2、端子VDD以及端子VSS等。另外，将从电池组100中除去充电电池110之外的结构称为保护模块。
充电电池110包括多个单位元件，各单位元件串联连接。开关电路150作为开关元件包括PMOS晶体管151、PMOS晶体管152。另外，作为开关元件也可以使用NMOS晶体管。详细内容在后面进行叙述，但是二次保护IC120包括检测电路、稳压器等。
二次保护IC120以及一次保护IC130与充电电池110并联连接。充电电池110、熔断器电路140以及开关电路150串联连接。
端子VDD(正极端子)与充电电池110的正极连接，端子VDD和正极端子Eb1经由熔断器电路140以及开关电路150电气连接。端子VSS(负极端子)与充电电池110的负极连接，端子VSS与负极端子Eb2电气连接。
检测电路以及稳压器根据输入到控制端子EN的控制信号来进行通常动作或停止动作(接通断开)。
输出端子REG是输出二次保护IC120的稳压器输出电压的端子，在电池组100的外部与组件(set)(负载)连接。
通过经由正极端子Eb1以及负极端子Eb2从充电器供给充电电流来对充电电池110进行充电。另外，充电电池110经由正极端子Eb1以及负极端子Eb2向组件供给放电电流。
充电电池110是使数码摄像机、便携设备等设备工作的电源(电池)。因此，需要通过控制二次保护IC120以及一次保护IC130等来保护充电电池110而免于过度充电或过度放电。
作为充电电池110虽然没有特别限定，但是例如列举：镍氢电池、锂电池等蓄电式电池。
在一次保护IC130不能保护的情况下，二次保护IC120进行充电电池110的过度充电保护，并且，作为附属功能对充电电池130的电压进行稳压并供给到电池组100的外部。作为附属功能的稳压器具体来说，二次保护IC120根据充电电池110的电压(单位元件的电池电压)以及控制端子EN的控制信号，使检测电路以及稳压器进行通常动作或停止动作，由此，进行与电池组100的外部连接的、接受稳压器的供给的电路以及二次保护IC内部电路的低消耗电力化。
例如，在充电电池110的电压为预定电压(阈值电压Vth)以下，且控制端子EN的控制信号是第一信号电平(例如低电平)时，使检测电路以及稳压器停止动作(关机)。另外，例如在控制端子EN的控制信号是第二信号电平(例如高电平)时，不依赖于充电电池110的电压使检测电路以及稳压器进行通常动作。另外，第一信号电平与第二信号电平不同。
二次保护IC120具有控制端子EN，且在二次保护IC内部具有检测电路以及稳压器。因此，二次保护IC120自身能够检测充电电池110的电压、能够控制充电电池110的充电放电。通过将各电路(检测电路、稳压器等)集成于一个芯片、减少IC的数量，能够实现降低消耗电力的二次保护IC120。
一次保护IC130输出对开关电路150所包括的一对PMOS晶体管151、PMOS晶体管152的导通截止进行控制的控制信号。一次保护IC130的结构并非特别限定，作为通常的保护IC能够应用标准化的众所周知的保护电路。
作为一次保护IC130包括：控制开关电路150的开关控制电路、检测电流的电流检测电路、检测电压的电压检测电路、过度充电检测电路、过度放电检测电路、电流监视电路、电压监视电路、以及通知处理电路等。
另外，也可以将搭载于二次保护IC120的检测电路、稳压器等搭载于一次保护IC130。
熔断器电路140根据二次保护IC120的输出端子OUTPUT(以下简称为输出端子O)的输出信号阻断或不阻断流经该电路的电流。熔断器电路140被二次保护IC控制。
通过具备熔断器电路140，能够在过大的电流和急剧的温度上升等情况下，适当地保护充电电池110。
另外，熔断器电路能够置换成包括继电器电路、电容器、晶体管、开关元件等具有开关功能的所有元件的电路。熔断器电路也可以具有能够缜密地计量温度的加热器电阻等。
开关电路150根据从一次保护IC130输出的控制信号，控制充电电流或放电电流。作为开关元件151、开关元件152例如能够使用FET(Field Effect Transistor)。开关电路150的结构并非特别限定于包括一对开关元件的结构。
根据从一次保护IC130输出的控制信号，对PMOS晶体管151进行导通截止控制，由此，控制放电电流的阻断或不阻断。在PMOS晶体管151截止(导通)时，阻断(不阻断)放电电流。
根据从一次保护IC130输出的控制信号，对PMOS晶体管152进行导通截止控制，由此，控制充电电流的阻断或不阻断。在PMOS晶体管152截止(导通)时，阻断(不阻断)充电电流。
例如，在电池组100的充电时，充电器与正极端子Eb1、以及负极端子Eb2连接，通过一次保护IC130控制开关电路150使开关元件152导通。由此，实现将电源供给到电池组100。并且，例如在电池组100的放电时，组件与正极端子Eb1以及负极端子Eb2连接，通过一次保护IC130控制开关电路150使开关元件151导通。由此，能够将电源供给到组件。
另外，在上述的说明中，列举了FET作为开关元件的一例，但是开关元件151以及开关元件152并没有特别限定。作为开关元件如果是进行导通截止动作的半导体元件则能够置换，例如，可以是IGBT、MOSFET等绝缘栅极的电压控制型功率元件，还可以是双极晶体管等。
根据上述的电池组100，在充电电池110过度放电之前，二次保护IC自身能够使检测电路以及稳压器停止动作，而切换为关机模式(低消耗电力模式)。因此，抑制二次保护IC自身的消耗电流，且实现电池组100的节电化。并且，通过减少IC的个数，使电路整体的面积降低，实现电池组100的省空间化。
<二次保护IC的结构>
图2是表示本实施方式涉及的二次保护IC120的概略结构的一例的框图。另外，二次保护IC120被粗线部包围，为了方便，还对二次保护电路以外的结构进行了图示。
二次保护IC120包括：检测电路121、稳压器122、控制逻辑(control logic)电路123、闩锁电路124、过充电输出(Overcharge OUTPUT)127、以及EN块128等。
从过度放电检测器126输出输出信号Y(信号波形可以参照图3(E))。从控制逻辑电路123输出过度放电检测信号Z(信号波形可以参照图3(F))。从闩锁电路124输出关机信号Q(信号波形可以参照图3(G))。另外，所谓关机信号Q是使检测电路以及稳压器关机的信号。
图2所示的充电电池110例如也可以是串联连接四个单位单元的结构。另外，充电电池110所包括的单位单元的个数没有特别限定。
检测电路121内置过度充电检测器125、过度放电检测器126等，用于检测电池组100的过度充电或过度放电。
在单位单元的电池电压为过度充电检测电压(例如，4.3V)以上时，过度充电检测器125检测出电池的过度充电。
在过度充电检测器125检测出过度充电时，输出端子O的输出信号为高电平，熔断器电路140使熔断器熔断。由此，过度充电检测器125能够停止充电电池110的充电。
在单位单元的电池电压为过度放电检测电压(例如，2.8V)以下时，过度放电检测器126检测出电池的过度放电。
在过度放电检测器125检测出过度放电时，检测结果被输入到控制逻辑电路123，控制逻辑电路123根据该信号将过度放电检测信号Z输出给闩锁电路124。闩锁电路124输出关机信号Q，所述关机信号Q是表示过度放电状态的被闩锁的信号。在关机信号Q被输入到检测电路121以及稳压器122(关机信号Q是高电平)时，检测电路121以及稳压器122停止动作，处于关机模式。由此，过度放电检测器126能够停止充电电池110的放电。另一方面，在关机信号Q没有被输入到检测电路121以及稳压器122(关机信号Q是低电平)时，检测电路121以及稳压器122进行通常动作。
过度充电检测器125以及过度放电检测器126的结构没有特别限定。
稳压器122使充电电池110的电压稳定化，将该电压作为输出电压VREG从输出端子REG输出。该输出信号被输入到MCU、RTC等。
例如，在输出端子REG的输出电压VREG是电压3.3V，控制端子EN的控制信号X是低电平(电压0.5V以下)，单位单元的电池电压是电压2.75V以下时，输出端子REG的输出电压VREG为断开。并且，如果控制端子EN的控制信号X是高电平(电压2.5V以上)，即使电池电压为电压2.75V以下，输出端子REG的输出电压VREG也不断开。
控制逻辑电路123根据控制端子EN的控制信号X、以及检测电路121的输出信号Y，将适当的信号输入到闩锁电路124的输入端子S、输入端子R。例如，控制逻辑电路123将过度放电检测信号Z输入到闩锁电路124的输入端子S。
闩锁电路124具有：输入端子S、输入端子R以及输出端子Q。过度放电检测信号Z被输入到闩锁电路124的输入端子S。并且，控制端子EN的控制信号X等被输入到闩锁电路124的输入端子R。并且，从闩锁电路124的输出端子Q输出关机信号Q。
例如，在高电平的关机信号Q被从闩锁电路124的输出端子Q输入到检测电路121以及稳压器122时，检测电路121以及稳压器122停止动作。另外，例如在低电平的关机信号Q被从闩锁电路124的输出端子Q输入到检测电路121以及稳压器122时，检测电路121以及稳压器122进行通常动作。
即，通过从闩锁电路124的输出端子Q输出的关机信号Q来控制检测电路121以及稳压器122进行通常动作或停止动作。
如上所述，本实施方式涉及的二次保护IC120根据充电电池110的电压、以及输入到控制端子的控制信号，能够适当地控制检测电路121以及稳压器122的动作。由此，能够防止充电电池110的过度充电、过度放电，保护电池组100，并且能够降低电池组100的消耗电流。
<二次保护IC的时序图>
接下来，使用图3所示的时序图对二次保护IC120各端子的动作进行说明。
图3(A)表示充电电池110的电压(VDD-V3端子间电压、V3-V2端子间电压、V2-V1端子间电压、V1-VSS端子间电压中的某一电池电压)，图3(B)表示二次保护IC120整体的消耗电流，图3(C)表示输出端子REG的输出电压VREG，图3(D)表示控制端子EN的控制信号X，图3(E)表示从过度放电检测器126输出的输出信号Y，图3(F)表示从控制逻辑电路123输出的过度放电检测信号Z，图3(G)表示从闩锁电路输出的关机信号Q。
首先，在时刻t0，电池电压为电压V0，消耗电流为电流I0，输出电压VREG为接通，控制信号X为高电平，输出信号Y为高电平，过度放电检测信号Z为低电平，关机信号Q为低电平。
接下来，在时刻t1，电池电压从电压V0缓缓下降而成为电压Vset_shut。消耗电流也从电流I0缓缓下降。输出电压VREG维持接通。在电池电压为电压Vset_shut的同时，控制信号X从高电平切换为低电平。时刻t1的控制信号X为用于使检测电路121以及稳压器122向待机模式转移的控制信号。输出信号Y维持高电平。过度放电检测信号Z以及关机信号Q维持低电平。
接下来，在时刻t2，电池电压从电压Vset_shut进一步下降而成为电压Vic_shut。消耗电流继续下降。输出电压VREG维持接通。控制信号X维持低电平。输出信号Y从高电平切换为低电平。过度放电检测信号Z以及关机信号Q维持低电平。
接下来，在时刻t3，电池电压继续从电压Vic_shut进一步下降。由于关机信号为高电平而使检测电路关机，因此消耗电流急剧下降而成为电流I3。输出电压VREG断开。从时刻t2到时刻t3为止的期间为在二次保护IC120内部设定的延迟时间tα(例如，10.0ms)。因此，在时刻t2之前，即使控制信号X为低电平，且电池电压为电压Vset_shut(阈值电压Vth)以下，当在延迟时间tα期间控制信号X为高电平，或者电池电压为预定的电压(输出端子REG为低电平的电压)以上时，输出端子REG不从高电平向低电平切换。控制信号X以及输出信号Y维持低电平。过度放电检测信号Z以及关机信号Q从低电平切换为高电平。也就是说，在电池电压为阈值电压Vth以下，控制信号X为低电平，输出端子REG从高电平切换为低电平时，关机信号Q从低电平切换为高电平，检测电路121以及稳压器122停止动作。
接下来，在时刻t4，通过使稳压器以及检测电路关机，电池电压停止下降、而成为电压V4。消耗电流维持电流I3。输出电压VREG、控制信号X以及输出信号Y维持低电平。过度放电检测信号Z以及关机信号Q维持高电平。
接下来，在时刻t5，电池电压从电压V4缓缓上升。消耗电流维持电流I3。输出电压VREG维持低电平。控制信号X从低电平切换为高电平。时刻t5的控制信号X是使检测电路121以及稳压器122从待机模式解除的控制信号。输出信号Y维持低电平。过度放电检测信号Z维持高电平。关机信号Q从高电平切换为低电平。在控制信号X从低电平切换为高电平时，关机信号Q不依赖于电池电压而从高电平切换为低电平。通过关机信号Q从高电平切换为低电平，解除检测电路121以及稳压器122的待机模式，检测电路121以及稳压器122再次开启通常动作。
接下来，在时刻t6，电池电压继续上升。消耗电流通过解除关机而急剧上升。输出电压VREG接通。从时刻t5到时刻t6为止的期间为在二次保护IC120内部设定的延迟时间tβ(例如，0.5ms)。因此，在时刻t5之前，即使控制信号X为高电平，当在延迟时间tβ期间控制信号X为低电平时，输出端子REG不从低电平切换为高电平。控制信号X维持高电平。输出信号Y从低电平切换为高电平。过度放电检测信号Z从高电平切换为低电平。
接下来，在时刻t7，由于充电停止电池电压停止上升。到充电停止消耗电流缓缓上升。输出电压VREG、控制信号X、输出信号Y维持高电平。过度放电检测信号Z以及关机信号Q维持低电平。
另外，从时刻t7到时刻t8的期间，由于连接负载，电池电压继续下降。输出电压VREG、控制信号X、输出信号Y维持高电平。过度放电检测信号Z以及关机信号Q维持低电平。
接下来，在时刻t8，由于开放负载，电池电压停止下降。输出电压VREG、控制信号X、输出信号Y维持高水平。过度放电检测信号Z以及关机信号Q维持低电平。
从时刻t8以后的时序图可以明确，在控制端子EN的控制信号X是高电平的情况下，即使电池电压为过度放电检测电压以下，关机信号Q也不从低电平切换为高电平。由于高电平的控制信号X连续输入到闩锁电路124的输入端子R，因此检测电路121以及稳压器122不会停止动作。即，在控制端子EN的控制信号X是高电平的情况下，二次保护IC120不依靠于电池电压地使检测电路121以及稳压器122进行通常动作。
根据本实施方式涉及的二次保护IC120，能够控制是否向关机模式转移、能够根据负载侧的状况、其他IC的供电状况等，来控制检测电路以及稳压器的动作。例如，在充电器与负载侧连接的情况下，能够使检测电路以及稳压器不向关机模式转移。另外，例如即使控制信号X是能够向关机模式转移的条件，如果充电电池110的电压比预定的电压(阈值电压Vth)大，则使稳压器维持通常动作，向其他IC供电，能够将充电电池110的容量使用至极限。
根据本实施方式涉及的二次保护IC120，根据充电电池110的电压以及控制端子EN的控制信号X，检测电路121以及稳压器122进行通常动作，或停止动作。根据电池组100的状况，通过适当将检测电路121以及稳压器122切换为关机模式，能够降低充电电池110的消耗电力。
<流程图>
接下来，使用图4所示的流程图来对二次保护IC120从通常动作向关机模式转移时的处理流程进行说明。另外，在以下的说明中，能够适当参照图2以及图3。
在步骤S801中，二次保护IC120所包含的检测电路121以及稳压器122进行通常动作。高电平的控制信号X被输入到闩锁电路124的输入端子R。
在步骤S802中，二次保护IC120进行电池电压是否是预定电压(阈值电压Vth)以下的判定。
在二次保护IC120判定为电池电压是阈值电压Vth以下时(是)，向步骤S803前进，在判定为电池电压比阈值电压Vth大时(否)，返回到步骤S801。
在步骤S803中，二次保护IC120进行稳压器122的控制端子EN是否是低电平的判定。
在二次保护IC120判定为稳压器122的控制端子EN是低电平时(是)，向步骤S804前进，在判定为稳压器122的控制端子EN是高电平时(否)，返回到步骤S801。
在步骤S804中，控制逻辑电路123向闩锁电路124输出信号。例如，过度放电检测信号Z被输入到闩锁电路124的输入端子S，控制端子EN的控制信号X被输入到闩锁电路124的输入端子R。
在步骤S805中，闩锁电路124向全部电路(检测电路121、稳压器122等)输出关机信号Q。
即，在电池电压为阈值电压Vth以上，组件侧关机时，控制信号X为低电平。阈值电压Vth因使用的组件而不同，但是在二次保护IC120中使用的组件能够按单位单元来将阈值电压Vth设定为3.0V左右。例如，在电池通过二次保护IC120自身的消耗电流来放电，电池电压为2.7V以下时，过度放电检测器126检测出过度放电，输出高电平的关机信号Q。
在步骤S806中，检测电路121以及稳压器122通过输入高电平的关机信号Q而转移为关机模式并停止动作。
在步骤S807中，二次保护IC120进行稳压器122的控制端子EN的输入是否是高电平的判定。
在二次保护IC120判定为稳压器122的控制端子EN的输入是高电平时(是)，向步骤S808前进，在判定为稳压器122的控制端子EN是低电平时(否)，返回到步骤S806。
在步骤S808中，二次保护IC120使闩锁电路124复位、使全部电路启动，再次进行通常动作。此时，高电平的控制信号X从控制端子EN输入到闩锁电路124的输入端子R。
在步骤S808中的处理结束时，二次保护IC120再次返回到步骤S801，开始步骤S801中的处理。
如上所述，根据本实施方式涉及的电池组100，通过控制检测电路121以及稳压器122是否向关机模式转移，能够将二次保护IC120任意地切换为低耗电模式。
以上，对本发明优选的实施方式进行了详细说明，但是本发明并非限定于特定的实施方式，在权利要求的范围所记载的本发明的实施方式的宗旨的范围内可以进行各种变形、变更。

Claims (4)

1.一种二次保护IC，与充电电池并联连接，与一次保护IC分开地控制所述充电电池的充电放电，
所述二次保护IC的特征在于，
具有：检测电路，其检测所述充电电池的过度充电或过度放电；
稳压器，其使所述充电电池的电压稳定化而输出到外部；以及
控制端子，其利用控制信号来控制所述稳压器，
所述检测电路根据所述充电电池的电压以及所述控制信号，进行通常动作或停止动作，
所述稳压器不依赖于所述充电电池的电压而根据所述控制信号进行通常动作，
其中，所述检测电路以及所述稳压器
在所述充电电池的电压为预定的电压以下，且所述控制信号是第一信号电平时停止动作，
在所述控制信号是第二电平时，不依赖于所述充电电池的电压而进行通常动作。
2.一种二次保护IC的控制方法，所述二次保护IC包括：检测充电电池的过度充电或过度放电的检测电路、使所述充电电池的电压稳定化而输出的稳压器以及输入用于控制所述稳压器的控制信号的控制端子，所述二次保护IC与一次保护IC分开地控制所述充电电池的充电放电，
所述二次保护IC的控制方法的特征在于，具有：
判定所述充电电池的电压是否是预定电压以下的步骤；
判定所述控制信号是否是第一信号电平的步骤；
根据所述充电电池的电压以及所述控制信号，使所述检测电路进行通常动作或停止动作的步骤；以及
不依赖于所述充电电池的电压而根据所述控制信号使所述稳压器进行通常动作的步骤，
其中，所述控制方法还具有如下步骤：在所述充电电池的电压为预定的电压以下，且所述控制信号是第一信号电平时，使所述检测电路以及所述稳压器停止动作，
其中，所述控制方法还具有如下步骤：在所述控制信号是第二信号电平时，不依赖于所述充电电池的电压使所述检测电路以及所述稳压器进行通常动作。
3.一种保护模块，其特征在于，具有：
权利要求1所述的二次保护IC；
一次保护IC，其控制所述充电电池的充电放电；
熔断器电路，其与所述充电电池串联连接，根据所述二次保护IC的输出来控制电流的阻断或不阻断；以及
开关电路，其与所述充电电池串联连接，根据所述一次保护IC的输出来控制充电电流路径与放电电流路径的接通断开。
4.一种电池组，其特征在于，具有：
权利要求1所述的二次保护IC；
所述充电电池；
一次保护IC，其控制所述充电电池的充电放电；
熔断器电路，其与所述充电电池串联连接，根据所述二次保护IC的输出来控制电流的阻断或不阻断；以及
开关电路，其与所述充电电池串联连接，根据所述一次保护IC的输出来控制充电电流路径与放电电流路径的接通断开。
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